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基于PID的锅炉温度控制系统设计

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88装备技术Equipment technology 基于PI D的锅炉温度控制系统设计 胡晓晗任文斌赵嘉兴 (沈Fm ̄..T--大学辽宁沈阳110159) 中图分类号:K928 文献标识码:B 文章编号1 007—6344(201 6)1 0-0088—01 摘要:为了解决锅炉温度过高或者过低造成的危害,本文设计了一款基于PID的锅炉温度控制系统。系统通过实时采集锅炉温 度信息,并结合Labview所做的界面上加热阻丝的颜色变化来判断锅炉加热的快慢,再通过PID控制器调整锅炉温度变化快慢来控 制温度大小。通过实验.-j- ̄平稳的控制温度变化。 关键词:PID;Labview;温度;控制 ‘ 在控制系统中,常需对调节器的输出实施限幅。在数字控制算法中,要对U 0引言 限幅,只需在程序内设置限幅值。当的绝对值大于时,便以限幅作为输出。位置 近年来,锅炉作为工业重要设备,在产品生产和人们生活中有着广泛的使用, 式和增量式两种算法完全等同,考虑限幅时两者略有差异。增量式PID调节器算 锅炉通过产生水蒸气为人们生产生活提供所需要的热能,除了热能之外,也可以 法只需考虑输出限幅,而位置式算法必须同时考虑积分限幅和输出限幅。 转变为其他的能量,比如机械能等。锅炉汽包是锅炉最重要的结构之一,锅炉汽 包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要标准,温度过高,会使蒸汽带 3软件系统 水过多,汽水分离差,使后续的过热器管壁结垢,传热效率下降,过热蒸汽温度 本系统主要是通过数据采集卡对锅炉温度数据来进行采集,利用Labview软件 下降,严重时将引起蒸汽品质下降,影响生产和安全;温度过低又将破坏部分水 平台来对采集到的温度数据进行分析运算,之后通过PID控制器的设置对采集的 冷壁的水循环不能满足工艺要求,严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉,一 数据进行算法处理,使得当前的温度接近于设定温度值,进而达到温度控制的目 旦控制不当,容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化,造成重大事故。因此,在 的 本系统的软件模块包括信号采集、处理分析、PID控制器设置、PID控制数据 锅炉运行中,保证温度在正常范围是非常重要的。在工程实际中,应用最为广泛 显示,系统的控制模块框图如下图2所示。各个模块之间的控制联系是通过Labview 便是PID控制调节器,PID控制器从问世至今已有7O多年历史,它以结构简单、 对数据采集卡的控制完成的,在计算机和数据采集卡之间进行通信,交互数据, 稳定性好、调节方便而成为工业控制的主流技术之一。被控对象的结构和参数都 来完成对温度数据的采集,采集到的电压信号通过转换得到锅炉的实时温度。 不能完全掌握时,通过PID控制技术进行调节最为方便,所以本系统选择采用PID 控制技术来控制锅炉温度的变化。 1 PID控制器设计 本系统中PID控制器应当以锅炉温度的差值作为输入信号,输出信号将和蒸 汽前馈信号和水量反馈信号叠加作为副调节器的温度给定值。其PID调节的系统 框图如下图1所示。PID控制器包括三个校正环节:比例环节P、积分环节I、微 图2系统控制模块 分环节D。其作用分别是: 数据采集完成之后,需要对锅炉温度进行控制,防止过高或者过低。控制器 1.比例环节:成比例的反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制 采用上述的PID控制器,PID控制器的参数设置通过系统界面完成。软件系统界 器立即产生控制作用,以减少偏差。 面属常规操作界面,适合操作人员操作。首先操作P、I、D使其初始化,界面可 2.积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于 直接设定锅炉温度,再通过调节比例P、积分I、微分D来控制温度调节的快慢, 积分时间常数Ti,Ti越大,积分作用越弱,反之越强。 使得温度值能够快速的到达给定温度值并维持在给定温度附近。同时采集到的数 3.微分坏节:反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太 据可以进行相应的存储和读取,便于日后需要查询和维护。查询之后可以通过报 大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减 表的方式进行打印,以便综合分析数据。 少调节时间。 PID算法的嵌入主要是通过Labview软件中自带的公式节点控件,将设计好的 增量式PID算法装载进去,来控制温度变化的快慢 可以通过观察输入输出温度 的实时显示数据,再结合加热阻丝的颜色变化来观察锅炉温度升高或降低的快慢。 4结束语 本系统是在Labview操作环境下完成的,通过数据采集卡进行温度数据采集, 对软件系统进行在线调试。调试结果显示,系统能够正常运行,进行温度控制。 图1 PID调节的系统框图 上位机界面通过Labview软件进行的设计,通过自身多带的公式节点控件添加PID PID控制器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器。当采样频率足够 运算公式,通过界面按钮改变系数大小,控制温度变化快慢;同时可参照电热丝 高时,可以按模拟系统的设计方法设计调节器,然后离散化,得到数字控制器的 颜色的变化,判断加热的大小及快慢,再通过加热功率来调节。系统画面清晰, 算法,这就是模拟调节器的数字化。 简单易操作,使得操作人员很容易便可掌握。适合在工业控制中使用。 输出函数和输入误差函数关系的时域表达式为 参考文献 (1) [1降勇伟,张婧婧.基于LabVIEW的PID锅炉温控补水系统的设计与实现Ⅱ】. 式中Kp为比例系数,KI为积分系数,Kd为微分系数。 现代计算机(专业版),2014,03:62—65. 数字PID调节器有位嚣式和增量式两种算法,比例部分只与当前的偏差有关, [2]廖阳明.基于LABVIEW的温室自动控制系统设计【J]l大众科 技.2013.05:10—12. 积分部分则是系统过去所有偏差的累积。微分则是系统过去所有偏差的微分,位 置式PID调节器的结构清晰,P和I两部分作用明显,参数调整简单明了。增量式 [3]季统良.基于LABVIEW的锅炉自动控制系统设计与实现[D].武汉理工大 算法只需要当前的和上一拍的偏差即可计算出输出值,增量式PID调节器算法: 学,2012. (2) [4]李慧秀.基于LabVIEW的锅炉水温控制系统的研究[D】.大连交通大学,2010. 作者简介:胡晓晗(1993.07一)女,甘肃省武威市人,本科学历,专业:化学工程与工艺。 任文斌(1993.08一)男,天津市人,本科学历,专业:化学工程与工艺。 赵嘉兴(1996.01一)男,辽宁省锦州市人,本科学历,专业:机械设计制造及其自动化。 

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